DE3042819A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR SUPPLYING A SYNCHRONOUS MOTOR FROM A DC VOLTAGE NETWORK - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR SUPPLYING A SYNCHRONOUS MOTOR FROM A DC VOLTAGE NETWORKInfo
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Description
R. 666 4R. 666 4
28.10.1980 Lr/WlOctober 28, 1980 Lr / Wl
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1
Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Gynchror,-motors aus einem Gleichspannungsnetz Circuit arrangement for supplying a gynchror motor from a DC voltage network
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Kauptanspruchs.The invention is based on a circuit arrangement according to the preamble of the main claim.
Synchronmotoren werden üblicherweise aus einem 'Wechselspannungsnetz gespeist, wobei die vom Hetz gespeiste Drehstromwicklung ein Drehfeld erzeugt, von dem das Polsystem des Läufers mitgenommen vird. Das Polsystem des Läufers wird da"bei entweder über Schleifringe mit Gleichstrom gespeist oder ist als Permanentmagnetsystem ausgebildet. Steht zur Speisung des Synchronmotors nur ein Gleichspannungsnetz zur Verfugung, ist es bekannt, die Ständerwicklungen des Synchronmotors zyklisch an die Gleichspannung zu schalten. So ist beispielsweise aus der Druckschrift "Intermetall, 100 typische Schaltungen mit Halbleiterbauelementen", Freiburg 1Q67» Beispiel Hr. 30 ein Drehstromgenerator ohne Transformator bekannt, wie er in Verbindung mit Synchronmotoren eingesetzt werden kann, wenn die Drehzahl von örtlich getrennten Antrieben untereinander exakt gleich und außerdem veränderlich sein sollen. Dies ermöglicht die Realisierung einer sogenannten "elektrischen Welle". Es lassenSynchronous motors are usually fed from an alternating voltage network, with the three-phase winding fed by the Hetz generating a rotating field which entrains the rotor's pole system. The rotor's pole system is either fed with direct current via slip rings or is designed as a permanent magnet system the publication "Intermetall, 100 typical circuits with semiconductor components", Freiburg 1 Q 67 »Example Mr. 30 a three-phase generator without a transformer known, as it can be used in connection with synchronous motors if the speed of locally separated drives is exactly the same and also variable This enables the realization of a so-called "electric wave"
sich damit auch "elektrische Getriebe" aufbauen, -wenn man die Frequenz, mit der der erste Generator gesteuert ■wird, elektronisch untersetzt und damit einen zweiten Generator steuert. Man erhält dann Antriebe mit festem Drehzahlverhältnis.Build up "electric gearbox" with it, -if the frequency with which the first generator is controlled is electronically reduced, and thus a second one Generator controls. Drives with a fixed speed ratio are then obtained.
Die bekannte Schaltungsanordnung offenbart jedoch keine Mittel zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen des Synchronmotors. Außerdem ist den Problemen des Anlaufens des Motors, der Strombegrenzung und der Drehzahlregelung nicht Rechnung getragen.However, the known circuit arrangement does not disclose any means for cyclically advancing the stator windings of the synchronous motor. In addition, there are problems with starting the motor, current limitation and speed control not taken into account.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß das Weiterschalten der Ständerwicklungen von der Lage des Läufers gesteuert wird, so daß sich d°r Synchronmotor insgesamt wie ein permanenterregter Gleichstrommotor verhält.The circuit arrangement according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that the switching of the stator windings is controlled by the position of the rotor, so that d ° r Synchronous motor behaves like a permanent magnet DC motor.
Durch die in den ünteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich.Through the measures listed in the subclaims Advantageous developments of the circuit arrangement specified in the main claim are possible.
So wird die jeweils zugeschaltete Wicklung während eines elektrischen Winkels von 360 dividiert durch die Phasenzahl des Motors zugeschaltet, der symmetrisch zum Scheitelpunkt der netativen Halbwelle der induzierten Wechselspannung liegt. Hierdurch liefert der Synchronmotor sein maximales Drehmoment und hat den höchsten Wirkungsgrad.In this way, the connected winding is divided by the number of phases during an electrical angle of 360 of the motor is switched on, which is symmetrical to the apex of the negative half-wave of the induced alternating voltage lies. As a result, the synchronous motor delivers its maximum torque and has the highest degree of efficiency.
Durch Verwendung eines Ringzählers zum zylklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen mit einer Klemmschaltung am Zähleingang wird erreicht, daß sich beim UmschaltenBy using a ring counter for cyclical indexing of the stator windings with a clamping circuit at the counter input it is achieved that when switching over
if
- s - ε. 66if
- s - ε. 66
der Ständerwicklungen auftretende Störsignale nicht auf das Weiterschalten des Ringzählers auswirken.Interference signals occurring in the stator windings do not affect the indexing of the ring counter.
Weiterhin sind in "bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsnaorndung Mittel vorgesehen, die eine Anlauf-Strombegrenzung "bewirken, sowie weitere Mittel, die eine Drehzahlregelung des Synchronmotors ermöglichen. Furthermore, in "preferred embodiments of the invention Schaltungsnaorndung means are provided which "cause a start-up current limitation", as well as others Means that enable speed control of the synchronous motor.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing are exemplary embodiments of the invention shown. Show it:
Figur 1 das Prinzipschalfbild eines Synchronmotors mit Schaltventilen in den Zuleitungen der Ständerwicklungen ;Figure 1 shows the schematic diagram of a synchronous motor Switching valves in the feed lines of the stator windings;
Figur 2 den Stromlaufplan einer elektronischen Schaltungsanordnung zum zyklischen Weiterschalten der Ständer vicklung en;Figure 2 shows the circuit diagram of an electronic circuit arrangement for cyclic switching of the stands winding up;
Figur 3 verschiedene Signalverläufe, wie sit· in der Schaltungsanordnung nach Figur 2 auftreten;FIG. 3 shows different signal curves as occur in the circuit arrangement according to FIG. 2;
Figuren h bis 6 Stromlaufplane von Schaltungsanordnungen zur Anlauf-Strombegrenzung des Synchronmotors;FIGS. H to 6 circuit diagrams of circuit arrangements for limiting the starting current of the synchronous motor;
Figur T den Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung und Drehzahlregelung des Synchronmotors ;Figure T shows the circuit diagram of a circuit arrangement for Current limitation and speed control of the synchronous motor;
Figuren 8 und 9 Schaltungen für eine Steuereinrichtung mit verbessertem Anlaufverhalten;FIGS. 8 and 9 circuits for a control device with improved start-up behavior;
Figur 10 zeigt ein Zeitschaubild hierfür.FIG. 10 shows a time diagram for this.
In Figur 1 ist der Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung dargestellt, die zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz dient. Der Synchronmotor istIn Figure 1 is the circuit diagram of a circuit arrangement shown, which is used to supply a synchronous motor from a DC voltage network. The synchronous motor is
-χ- R. 66-χ- R. 66
dabei mit 10 "bezeichnet und weist Ständerwicklungen ¥. , ¥„, W_, Wi auf, die im Stern geschaltet sind, wobei der Sternpunkt an eine Klemme der Versorgungs-Gleichspannung U geführt ist. Die anderen Enden der Ständerwicklungen W1, W2, W_, Wi sind über elektrische Ventile T1, Vp, T-, V. an eine Sammelleitung angeschlossen, die mit dem anderen Pol der Versorgungs-Gleichspannung U verbunden ist. Die elektrischen Ventile V3 V3 V5 V, sind im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 als Transistoren dargestellt, an deren Kollektor-Emitter-Strecken bei jeweils gesperrtem Ventil die Steuerspannungen U1, U3 U_ , Ui anliegen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere elektrische oder elektronische Schaltelemente als Ventile einsetzbar. Der Rotor des Synchronmotors 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet ausgebildet, dessen Pole mit N und S bezeichnet sind.denoted by 10 "and has stator windings ¥., ¥„, W_, Wi, which are star-connected, the star point being led to a terminal of the DC supply voltage U. The other ends of the stator windings W 1 , W 2 , W_, Wi are connected via electrical valves T 1 , V p , T-, V. to a collecting line which is connected to the other pole of the DC supply voltage U. The electrical valves V 3 V 3 V 5 V are in the exemplary embodiment shown as transistors according to FIG. 1, the collector-emitter paths of which the control voltages U 1 , U 3 U_, Ui are applied when the valve is blocked. Of course, other electrical or electronic switching elements can also be used as valves The illustrated embodiment is designed as a permanent magnet, the poles of which are denoted by N and S.
Durch zyklisches Ansteuern der Ventile V , V2, V5 V, können nun die Ständerwicklungen W , Wp, W_ , Wi nacheinander an die Versorgungs-Gleichspannung U geschaltet werden, wobei bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jeweils eine Wicklung zugeschalteten und die -anderen abgeschaltet sind und die Weiterschaltung der Ventile V , V , V , V, in Abhängigkeit von den Spannungen vorgenommen wird, die sich aus der Differenz zwischen der Versorgungsgleichspannung und den in die Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen er-geben und als U1, Up3 U_, Ui abnehmbar sind.By cyclically actuating the valves V, V 2 , V 5 V, the stator windings W, W p , W_, Wi can now be connected to the DC supply voltage U one after the other, with one winding being switched on and the other being switched off in the circuit arrangement according to the invention and the switching of the valves V, V, V, V, is carried out as a function of the voltages that result from the difference between the DC supply voltage and the AC voltages induced in the stator windings and as U 1 , Up 3 U_, Ui are removable.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum zyklischen Umschalten der Ständerwicklungen W1, W2, W_ , Wi ist in Figur 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung wird eingangsseitig von den Spannungen U1, U?, U_, Ui beaufschlagt und liefert ausgangsseitig Steuersignale für die Ventile V1, V35 V , V^. Die Spannungen U , U , U„,An embodiment of a circuit arrangement according to the invention for cyclically switching the stator windings W 1 , W 2 , W_, Wi is shown in FIG. The circuit arrangement is on the input side from the voltages U 1 , U ? , U_, Ui acted upon and supplies control signals on the output side for the valves V 1 , V 35 V, V ^. The voltages U, U, U ",
- * -- * - *· 66* · 66
U. -werden jeweils auf positive Eingänge von Komparatoren 11, 12, 13s I^ geführt, deren negative Eingänge mit jeweils einem positiven Eingang eines anderen !Comparators so verschaltet sind, daß im ersten Komparator 11 die Spannung U mit der Spannung U,, im zweiten Komparator 12 die Spannung U mit der Spannung U., im dritten Komparator 13 die Spannung U^ mit der Spannung Up und im vierten Komparator ~\h die Spannung Ui mit der Spannung U verglichen wird. Die Ausgänge der Komparatoren 11, 12, 13, 1H sind auf erste Eingänge von UND-Gattern 15, 16, 1T5 18 geführt, deren weitere Eingänge an die Ausgangs-Steuerleitungen für die Ventile V , V^, V , V. geführt sind. Dabei ist das erste UND-Gatter 15 mit der Ausgangs-Steuerleitung für V , das zweite UND-Gatter i6 mit der für V5 'das dritte UND-Gatter 17 mit der für V. und das vierte UND-Gatter 18 mit der für V verbunden. Die Ausgänge der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 sind auf ein U-Fach-ODER-Gatter 19 geführt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines UND-Gatters- 20 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 20 steht mit einem dynamischen Setzeingang einer monostat>ilen Kippstufe 21, die die Standzeit t„.. aufweist, in Verbindung. Der nichtinvertierende Ausgang der monostabilen Kippstufe ist einmal über einen Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 und weiterhin mit dem dynamischen Zähleingang 230 eines Zählers 23 verbunden. Der Zähler 23 weist entsprechend der Phasenzahl η = U des in Figur 1 dargestellten Synchronmotors 10 vier Zähler zustände auf. Jeder Zählerzustand 1 bis k erzeugt ein Signal an einer der Zählerausgangsleitungen 1 bis U, wobei die Ausgangsleitung 1 mit dem Steuereingang für das Ventil V1, die Ausgangsleitung 2 mit dem für das Ventil V , Ausgangsleitung 3 mit dem für das Ventil V_ und die Ausgangsleitung h mit dem für das Ventil V, verbunden ist. Bei jeder Ansteuerung des Eingangs 230 wird der Zähler um eine Stelle in der Reihenfolge 1-2-3-^-1U. -are fed to positive inputs of comparators 11, 12, 13s I ^, the negative inputs of which are connected to a positive input of another! Comparator so that the voltage U in the first comparator 11 with the voltage U ,, im second comparator 12 the voltage U with the voltage U., in the third comparator 13 the voltage U ^ with the voltage Up and in the fourth comparator ~ \ h the voltage Ui is compared with the voltage U. The outputs of the comparators 11, 12, 13, 1H are routed to first inputs of AND gates 15, 16, 1T 5 18, the other inputs of which are routed to the output control lines for the valves V, V ^, V, V. . The first AND gate 15 with the output control line for V, the second AND gate i6 with that for V 5 ', the third AND gate 17 with that for V. and the fourth AND gate 18 with that for V. tied together. The outputs of the AND gates 15, 16, 17, 18 are fed to a U-bin OR gate 19, the output of which is connected to an input of an AND gate 20. The output of the AND gate 20 is connected to a dynamic set input of a monostatic flip-flop 21, which has the service life t "... The non-inverting output of the monostable multivibrator is connected to the further input of the AND gate 20 via an inverter 22 and also to the dynamic counting input 230 of a counter 23. The counter 23 has four counter states corresponding to the number of phases η = U of the synchronous motor 10 shown in FIG. Each counter status 1 to k generates a signal on one of the counter output lines 1 to U, with output line 1 with the control input for valve V 1 , output line 2 with that for valve V, output line 3 with that for valve V_ and the output line h is connected to that for valve V. Each time input 230 is activated, the counter is moved one digit in the order 1-2-3 - ^ - 1
iZiZ
-j6--j6- κ. 6 6κ. 6 6
weitergesetzt und die Ansteuerung der. Ventile damit in der gleichen Reihenfolge weitergeschaltet.continued and the control of the. Valves are thus switched on in the same order.
Die Wirkungsweise der in Figur 2 dargestellten Schaltung soll nun anhand der in Figur 3 dargestellten Diagramme erläutert werden. Figur 3a zeigt dabei die in dei Ständerwicklungen W5 Wp, W_, Wi induzierten Spannungen U1, U?, U_, Ui , die auftreten, wenn keine Zuschaltung einer Ständerwicklung erfolgen würde. Um das maximale Drehmoment und den höchsten Wirkungsgrad des Synchronmotors auszunutzen, wird erfindungsgemäß jede Wicklung entsprechend einem Winkel von 90 (bei vierphasigem Motor) symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der induzierten Wechselspannung, d.h. zum Minimum der Spannungen U , U , U , U, zugeschaltet. Aus Figur 3a folgt damit unmittelbar, daß beispielsweise der Zuschaltbeginn für die Ständerwicklung W1 mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem die Spannung U_ größer als U? wird. Entsprechend ist von der ersten Wicklung W1 auf die zweite Wicklung W? weiterzuschalten, wenn die Spannung Ui größer als U_ wird. Allgemein gesprochen wird bei einem n-phasigem Synchronmotor (n geradzahlig) die i-te Wicklung zugeschaltet und die (i-i)-te Wicklung abgeschaltet, wennThe mode of operation of the circuit shown in FIG. 2 will now be explained with reference to the diagrams shown in FIG. FIG. 3a shows the voltages U 1 , U ? Induced in the stator windings W 5 Wp, W_, Wi. , U_, Ui, which occur if a stator winding would not be connected. In order to utilize the maximum torque and the highest efficiency of the synchronous motor, according to the invention each winding is switched on at an angle of 90 (for a four-phase motor) symmetrically to the apex of the negative half-wave of the induced alternating voltage, i.e. to the minimum of the voltages U, U, U, U . From FIG. 3a it follows immediately that, for example, the start of connection for the stator winding W 1 coincides with the point in time at which the voltage U_ is greater than U ? will. Correspondingly, from the first winding W 1 to the second winding W ? to switch on when the voltage Ui is greater than U_. Generally speaking, in an n-phase synchronous motor (n even), the i-th winding is switched on and the (ii) -th winding is switched off when
üi+| > üi+f - 1 ü i + | > ü i + f - 1
wird, wobei U. die in die i-te Wicklung induzierte Span nung bezeichnet und i = i + k . η für k = 0,1,2 ... ist (Beispiel: η = k, Zuschaltung von Wi wenn Uy- "> U bzw. mit k = 1 wenn Ug>U1 ) .where U. denotes the voltage induced in the i-th winding and i = i + k. η for k = 0,1,2 ... is (example: η = k , connection of Wi if Uy- "> U or with k = 1 if U g > U 1 ).
Dies drückt sich in Figur 3b aus, wo der jeweilige Zustand Z des Zählers 23 aufgetragen ist. Wie ersichtlich, ist dasThis is expressed in FIG. 3b, where the respective state Z of the counter 23 is plotted. As can be seen, that is
-x--x-
66 6466 64
Ansteuersignal während des vorerwähnten Zuschalt Zeitraumes für die Wicklung W1 mit dem Zählerstand "i" verknüpft. Wenn die Spannung U> größer als U„ wird, geht der Zähler in den Zustand 2, wodurch entsprechend der Schaltung nach Figur 2 das Ventil V betätigt wird.Control signal linked to the counter reading "i" during the aforementioned connection period for the winding W 1. When the voltage U> is greater than U ", the counter goes into state 2, whereby the valve V is actuated in accordance with the circuit according to FIG.
Das Weiterschalten des Zählers 23 wird, wie erwähnt, durch Ansteerung des Einganges 230 ü"ber die nonostabile Kippstufe 21 "bewirkt. Hierzu werden zunächst in den Komparatoren 11, 12, 13, 1U die Umschaltbedingungen entsprechend einem Vergleich der Spannungen U , U , U , U, festgelegt und "bei Erreichen eines Umschaltpunktes, "beispielsweise, wenn U_ größer als Up wird, am Ausgang des !Comparators 13 ein Steuersignal an die UND-Gatter 15, 16, 17, 18, im Beispiel also das UND-Gatter 17» weitergegeben. Das UND-Gatter 17 schaltet dann durch, wenn gleichzeitig im Zähler 23 der Zustand "V eingeschrieben ist, was, wie Figur 3-b zeigt vor Erreichen der Umschaltbedingung U größer U? der Fall ist. Durch Beschälten der UND-Gatter 15s 16 j 17 j 1"8 mit dem Zählerausgangssignal wird damit eine Vorbereitung der UND-Gatter 1 5 5 16, 17, 18 derart bewirkt, daß ein Signal zum -Weiterschalten des Zählers über die UND-Gatter 155 16, 17» 18 nur dann weitergegeben wird, wenn einerseits der Zähler 23 in dem vorausgegangenen Zähler zustand war und andererseits die aus den Spannungen U., U , U.., U- festgelegte Umschaltbedingung erreicht ist.As mentioned, the advancing of the counter 23 is effected by triggering the input 230 via the non-stable multivibrator 21 ". For this purpose, the switching conditions are first set in the comparators 11, 12, 13, 1U according to a comparison of the voltages U, U, U, U, and "when a switching point is reached," for example, when U_ is greater than Up, at the output of the! Comparators 13 a control signal to the AND gates 15, 16, 17, 18, in the example the AND gate 17 »passed on. The AND gate 17 then switches through when the state "V" is written into the counter 23 at the same time, which, as FIG. 3-b shows, is the case before the switching condition U is greater than U? 17 j 1 "8 with the counter output signal a preparation of the AND gates 1 5 5 16, 17, 18 is effected in such a way that a signal for switching the counter via the AND gates 15 5 16, 17» 18 is only passed on is when, on the one hand, the counter 23 was in the previous counter and, on the other hand, the switching condition defined from the voltages U., U, U .., U- has been reached.
Jedes der Ausgangssignale der UND-Gatter 15» 1 6 a 17s 18 steuert über das ODER-Gatter 19 einen Eingang des UND-Gatters 20 an, das seinerseits auf den Steuer eingang derEach of the output signals of the AND gates 15 »1 6 a 17s 18 controls an input of the AND gate via the OR gate 19 20, which in turn is due to the tax input of the
- μ -- μ - κ. 66κ. 66
monostabilen Kippstufe 21 einwirkt. Die Verknüpfung des
nichtinvertierenten Ausganges der monostabilen Kippstufe
21 über den Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des
UND-Gatters 20 hat dabei den Sinn, den Eingang 230 des
Zählers 23 während der Dauer der Standzeit der monostabilen Kippstufe 20 auf positivem Signal zu halten, wie
dies in Figur 3c dargestellt ist. Damit wird bewirkt, daß die beim Umschalten der Wicklungen auftretenden Störspannungen
nicht zu einem unbeabsichtigten Weiterschalten des Zählers 23 führen, bevor die nächst definierte Umschaltbedingung
erreicht ist. Figur 3c stellt dabei die-Ausgangsspannung
am nichtinvertierten Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 dar, wobei mit tv1 die Standzeit bzeichnet
ist. Die'se Standzeit ist dabei so bemessen, daß alle
Einschwingvorgänge nach dem Umschalten der Ständerwicklung
w/Uircml 'IrT nt.find v.ri t iilifrpkiunßen sind und die monontabilc-Ki
14'IiIuIV ..'1 und damil. der Zähler 'di für den nächaten Umschaltvorgang
freigegeben werden kann.monostable flip-flop 21 acts. Linking the
non-inverted output of the monostable multivibrator
21 via the inverter 22 to the other input of the
AND gate 20 has the meaning of the input 230 of the
To keep counter 23 for the duration of the service life of the monostable multivibrator 20 on a positive signal, such as
this is shown in Figure 3c. This has the effect that the interference voltages occurring when the windings are switched over do not lead to an unintentional further switching of the counter 23 before the next defined switchover condition is reached. FIG. 3c represents the output voltage at the non-inverted output of the monostable multivibrator 21, the service life being denoted by t v1. This service life is measured in such a way that all
Settling processes after switching the stator winding w / Uircml 'IrT nt.find v.ri t iilifrpkiunßen are and the monontabilc-Ki 14'IiIuIV ..' 1 and damil. the counter 'di can be released for the next switching process.
Figur 3d, 3e, 3f, 3g zeigen die an den Ausgangsklemmen
für die Ventile V , V , V_ , V> anliegenden Steuersignale.
Bei dem oben erwähnten Beispiel, bei dem auf die Ständerwicklung W dann umgeschaltet wird, wenn U_ größer als U5
wird, bedeutet dies, daß bis zum Erreichen der nächsten
Umschaltbedingung (U, größer als U) das Ventil V angesteuert bleibt. Danach wird auf V , dann auf V usf. weitergeschaltet
.Figure 3d, 3e, 3f, 3g show the output terminals
for the valves V, V, V_, V> pending control signals. In the example mentioned above, in which a switch is made to the stator winding W when U_ is greater than U 5 , this means that until the next one is reached
Switching condition (U, greater than U) the valve V remains activated. Then it is switched to V, then to V and so on.
In Figur 3h ist schließlich beispielsweise die Spannung
U für die Ständerwicklung W1 dargestellt, wobei im Gegensatz
zu Figur 3a die Zu- und Abschaltung der Ständerwicklungen vorgenommen wird. Dies bedeutet, daß zum Zuschalt-Finally, FIG. 3h shows the voltage, for example
U is shown for the stator winding W 1 , with the stator windings being switched on and off in contrast to FIG. 3a. This means that to connect
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
κ. 66κ. 66
Zeitpunkt der Ständerwicklung W1 die Spannung U wegen der Ansteuerung des Ventils V auf Null absinkt» bis auf die Ständerwicklung W„ weitergeschaltet wird. Wie weiter unten ausgeführt, ist es in einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich, den Zuschaltseitpunkt für die einzelnen Wicklungen, im dargestellten Beispiel also für die Ständerwicklung W1 um einen vorgebbaren Betrag von t„_ zu verzögern, um auf diese Weise eine Drehzahlregelung des Synchronmotors zu bewirken.At the time of the stator winding W 1, the voltage U drops to zero because of the activation of the valve V until the stator winding W is switched on. As explained further below, it is possible in an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention to delay the connection time for the individual windings, in the example shown for the stator winding W 1 by a predeterminable amount of t "_, in order to enable speed control of the To effect synchronous motor.
Bei dem erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotor baut sich wie bei einem Gleichstrommotor eine mit zunehmender Drehzahl wachsende Gegenspannung auf, so daß der Strom abnimmt. Will man nun die Schaltelemente für den Strom bei höherer Drehzahl dimensionieren, so ist es erforderlieh, in der Anlaufphase des Motors den Strom zu begrenzen.In the synchronous motor operated according to the invention builds As with a DC motor, a counter-voltage that increases with increasing speed occurs, so that the current decreases. If you want to dimension the switching elements for the current at a higher speed, it is necessary to to limit the current in the start-up phase of the motor.
In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (Figur k) wird hierzu ein an sich bekannter Vorwiderstand 2k in die Zuleitung des Sternpunktes der Ständerwicklungen W1, W„, W~, W< geschaltet, wie dies in Figur k dargestellt ist. Der Vorwiderstand 2h ist dabei entweder strom- oder drehzahlabhängig mit einem elektromechanischen oder elektronischen Schalter 25 überbrückbar.In a first development of the circuit arrangement according to the invention (FIG. K) , a series resistor 2k, known per se, is connected to the feed line of the star point of the stator windings W 1 , W ", W ~, W <, as shown in Figure k . The series resistor 2h can be bridged with an electromechanical or electronic switch 25 either as a function of the current or the speed.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (Figur 5) ist der Synchronmotor 10 an dem Abgriff eines Spannungsteilers geschaltet, der aus einen Längselement 26 und einem Kondensator 27 besteht. Durch das einstellbare Längselement 26, beispielsweise einen Längstransistor, wird dabei die Spannung U und dadurch indirekt der Motorstrom begrenzt. Der Kondensator 27 dient bei dieserAccording to a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention (Figure 5) the synchronous motor 10 is connected to the tap of a voltage divider, which consists of a Longitudinal element 26 and a capacitor 27 consists. The adjustable series element 26, for example a series transistor, the voltage U and thereby indirectly the motor current is limited. The capacitor 27 is used in this
ro - R.ro - R.
6666
Auführungsform dazu, für einen Ausgleich der in den Freilaufphasen auftretenden Spitzen zu sorgen und damit insgesamt eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Synchronmotors zu "bewirken ·Execution form to compensate for those in the freewheeling phases To ensure occurring peaks and thus an overall improvement in the efficiency of the synchronous motor "cause ·
Schließlich ist in Figur 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt, bei der die Gloichr.pannung zur Speisung der. Synchronmotors 10 aus einer Wechselspannung U-^ gewonnen wird, wobei die Versorgungs-Gleichspannung U am Kondensator 27 durch einen steuerbare Gleichrichter 28 einstellbar ist.Finally, FIG. 6 shows an embodiment of one according to the invention Circuit arrangement shown in which the Gloichr.voltage for feeding the. Synchronous motor 10 from a AC voltage U- ^ is obtained, the supply DC voltage U can be set at the capacitor 27 by a controllable rectifier 28.
Eine Begrenzung des Anlaufstroms kann dadurch erreicht werden, daß das durch den Zähler 23 jeweils angesteuerte Ventil V , V , V , V. getaktet und so beispielsweise der Maximalwert oder der Mittelwert des Stromes begrenzt wird. Geht man so vor, ist jedoch durch das Takten ein sicherer Vergleich der Spannungen U a U , U , U, nicht mehr möglich.' Deshalb muß kurz vor einem zu erwartenden Schnittpunkt der Spannungswerte das Takten eingestellt werden. In Figur T ist eine Anordnung dargestellt, bei der sowohl der Anlaufstrom durch Takten begrenzt wie auch die Drehzahl des Synchronmotors 10 eingestellt werden kann. Hierzu wird das Steuersignal für ein Ventil V in ein modifiziertes Steuersignal V umgewandelt. Das Steuersignal V ist am Ausgang eines UND-Gatters 30 abnehmbar, dessen Eingänge mit einem UND-Gatter 31 bzw. einem ODEE-Gatter 32 beschaltet sind. Das UND-Gatter 31 ist eingangsseitig einerseits an das Steuersignal für das Ventil V angeschlossen, anderer.'·, c- i I :: an den invertierten Ausgang einer monostabilen einer monostabilen Kippstufen 33, die eine Standzeit tv aufweist, die in Abhängigkeit von der Differenz einer SoIl-The starting current can be limited by clocking the valve V, V, V, V, which is controlled by the counter 23, and thus, for example, limiting the maximum value or the mean value of the current. If one proceeds in this way, however, a reliable comparison of the voltages U a U, U, U, is no longer possible due to the pulsing. ' For this reason, the pulsing must be stopped shortly before an expected intersection of the voltage values. In Figure T, an arrangement is shown in which both the starting current can be limited by clocking and the speed of the synchronous motor 10 can be adjusted. For this purpose, the control signal for a valve V is converted into a modified control signal V. The control signal V can be taken from the output of an AND gate 30, the inputs of which are connected to an AND gate 31 or an ODEE gate 32. On the input side, the AND gate 31 is connected to the control signal for the valve V, on the one hand, and to the inverted output of a monostable of a monostable multivibrator 33, which has a service life t v that depends on the difference between a target
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
30A281S30A281S
-Λ-Λ η. 66η. 6 6
Drehzahl η ., ., und einer Ist-Drehzahl η. , einstellbar ist, soll istSpeed η.,., And an actual speed η. , is adjustable, should, is
wie dies durch den Summenpunkt 35 angedeutet ist. Das ODER-Gatter 32 ist eingangsseitig an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 3*+, die vom Steuersignal für das Ventil V angesteuert wird sowie an den Ausgang einer Takteinrichtung 36 angeschlossen, die in Abhängigkeit von der Differenz eines Maximalstroms i und eines Ist-Stromsas indicated by the sum point 35. The input of the OR gate 32 is connected to the inverted output a monostable multivibrator 3 * +, which is controlled by the control signal for the valve V is controlled and connected to the output of a clock device 36, which is dependent on the difference between a maximum current i and an actual current
maxMax
steuerbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 37 dargestellt ist.can be controlled, as is shown by the sum point 37.
Um eine Strombegrenzung in der oben beschriebenen Weise zu bewirken, wird am Summenpunkt 37 zunächst die DifferenzIn order to limit the current in the manner described above, the difference is first shown at the summation point 37
von Ist-Strom i. , und Maximalstrom i gebildet und in ist maxof actual current i. , and maximum current i formed and in is max
Abhängigkeit von dieser Differenz die Takteinrichtung 36 gesteuert. Das Steuersingal für das Ventil V setzt die laonostabile Kippstufe 3^ für eine vorbestimmte Zeit, die beispielsweise das 0,8-fach der Zuschaltzeit einer Wicklung beträgt. Dann ist durch die Verknüpfung der Ausgangssignale der Elemente 3^s 36 im ODER-Gatter 32 sichergestellt, daß nach Ablauf der Standzeit der monostabilen Kippstufe 3^ das ODER-Gatter 32 auf jeden Fall durchgesteuert wird, d.h. daß die Takteinrichtung 36 nur während eines ersten Teiles der Zuschaltzeit der jeweiligen Wicklung wirksam wird. Daran schließt sich eine Beruhigungszeit an, in der die durch die Taktung verursachten Übergangserscheinungen abgeklungen sind, so daß der Ringzähler 23 für das nächste Weiterschalten vorbereitet werden kann.The clock device 36 is controlled as a function of this difference. The control signal for the valve V sets the laonostabile flip-flop 3 ^ for a predetermined time, which is, for example, 0.8 times the connection time of a winding. Then it is ensured by the combination of the output signals of the elements 3 ^ s 36 in the OR gate 32 that after the end of the idle time of the monostable flip-flop 3 ^ the OR gate 32 is controlled in any case, ie that the clock device 36 only during a first Part of the connection time of the respective winding becomes effective. This is followed by a settling time in which the transition phenomena caused by the clocking have subsided, so that the ring counter 23 can be prepared for the next step.
Um die Drehzahl des Synchronmotors 10 einzustellen, ist es einerseits möglich, entweder das Längselement 26 gemäß Figur 5 oder den steuerbaren Gleichrichter 28 gemäß Figur 6 der-In order to set the speed of the synchronous motor 10, it is possible, on the one hand, to either use the longitudinal element 26 according to FIG 5 or the controllable rectifier 28 according to FIG.
- « - β. 6 6 6- «- β. 6 6 6
art einzustellen, daß sich die Spannung U verändert, bis sich die gewünschte Drehzahl einstellt. Es ist jedoch andererseits auch möglich, eine Drehzahlregelung durch Pulslängensteuerung vorzunehmen. Hierzu wird im Summenpunkt 35 gemäß Figur T die Differenz der Ist-Drehzahl n. und einer So]!-Drehzahl η Ί1 gebildet und in Abhängigkeit von dieser Differenz die Standzeit der monostabilen Kippstufe 33 eingestellt. Solange sich die monostabile Kippstufe 33 im gesetzten Zustand befindet, wird das Steuersignal für die Ventile V nicht über das UND-Gatter 31 und das UND-Gatter 30 weitergeleitet. Wie bereits oben bei der Beschreibung von Figur 3h erwähnt, bewirkt diese Verzögerung des Steuersignales V eine Veränderung des Spannungsverlaufes von beispielsweise U in der Weise, wie dies gestrichelt in Figur 3h dargestellt ist. Die wirksame Zuschaltzeit der Ständerwicklung W1 im Beispiel wird dadurch verkürzt und die Drehzahl entsprechend vermindert. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur wird die Drehzahl des Synchronmotors 10 aufgrund des Vergleiches von Soll— und Ist-Drehzahl geregelt. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, durch Einspeisung eines Steuersignales am Summenpunkt 35 statt einer Regelung eine Steuerung des Synchronmotors 10 einzusetzen.type so that the voltage U changes until the desired speed is reached. On the other hand, however, it is also possible to regulate the speed by means of pulse length control. For this purpose, the difference between the actual speed n. And a So]! Speed η Ί1 is formed at the sum point 35 according to FIG. T and the service life of the monostable flip-flop 33 is set as a function of this difference. As long as the monostable multivibrator 33 is in the set state, the control signal for the valves V is not passed on via the AND gate 31 and the AND gate 30. As already mentioned above in the description of FIG. 3h, this delay in the control signal V causes a change in the voltage profile of, for example, U in the manner shown in dashed lines in FIG. 3h. The effective connection time of the stator winding W 1 in the example is shortened and the speed is reduced accordingly. In the exemplary embodiment according to the figure, the speed of the synchronous motor 10 is regulated on the basis of the comparison of the setpoint and actual speed. However, it is of course also possible to use a control of the synchronous motor 10 instead of a regulation by feeding in a control signal at the summation point 35.
Da im Stillstand des erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotors keine Information über die Position des Läufers vorliegt, ist für den Anlauf einer besondere Steuerung notwendig. Hierzu wird erfindungsgemäß entweder zunächst ein Drehfeld sehr niedriger, vorzugsweise über der Zeit leicht ansteigender Frequenz erzeugt und dann auf die oben im einzelnen beschriebene Selbstführung umgeschaltet. Die Umschaltung kann dabei entweder bei einer bestimmten Drehzahl erfolgen oder in Abhängigkeit von Schaltmitteln, dieSince when the synchronous motor operated according to the invention is at a standstill If there is no information about the position of the rotor, a special control system is required to start up. For this purpose, according to the invention, either a rotating field is initially very lower, preferably slightly over time generated with increasing frequency and then switched to the self-guidance described in detail above. The switchover can either take place at a certain speed or depending on switching means that
β.β.
65 6 465 6 4
erkennen, -wann die induzierten Spannungen U1, U?, U , U. eine Lageerkennung ermöglichen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Anlaufsteuerung dadurch "bewirkt, daß der Läufer vor dem Anlaufen durch längeres Einschalten eines Ventils in eine definierte Lage gebracht, das Ventil dann abgeschaltet und gleichzeitig das zyklisch nächste Ventil eingeschaltet wird. Dies bewirkt bei entsprechender Auslegung der Komparatoren 11, 12, 13, 1^, daß das übernächste Ventil bereits selbstgeführt einschaltex.recognize when the induced voltages U 1 , U ? , U, U. enable position detection. In a further preferred embodiment of the invention, a start-up control is "effected by bringing the rotor into a defined position before starting by switching on a valve for a longer period of time, then switching off the valve and switching on the next valve cyclically at the same time Comparators 11, 12, 13, 1 ^ that the next but one valve is already switched on automatically.
Die oben beschriebene, indirekte Polradstellungsmeldung beruht auf dem Vergleich der elektromotorisch induzierten Spannungen in den gerade nicht vom Strom durchflossenen Wicklungen. Z.B. leitet der Transistor T. so lange, bis U, > U wird, dann sperrt T und T wird leitend, bis U > Ui wird usw. Diese Erkennung der Polradstellung durch Vergleich er Phasenspannungen benötigt keine zusätzlichen Einbauten am Motor. Sie funktioniert schon bei sehr kleinen Drehgeschwindigkeiten, aber noch nicht im Stillstand. Deshalb sind für den Start besondere Maßnahmen erforderlich.The indirect pole wheel position message described above is based on the comparison of the ones induced by the electric motor Tensions in the windings through which no current flows. E.g. the transistor T. conducts so long until U,> U, then T blocks and T becomes conductive until U> Ui is etc. This recognition of the pole wheel position by Comparison of the phase voltages does not require any additional components on the motor. It works even with very small ones Rotational speeds, but not yet at a standstill. Therefore, special measures are required for the start.
Wie oben vorgeschlagen, kann zum Start der Zähler durch einen Hilfstakt in sehr langsamen Schritten (ca. 0,5 see) weitergeschaltet werden, so daß sich der Läufer mit Sicherheit ausrichten kann. Sobald Drehrichtung, Zählerstand und Spannungsschnittpunkt zusammenpassen, geht der Motor in Selbststeuerung über und beschleunigt mit maximalem Drehmoment bis auf die Betriebsdrehzahl. Im ungünstigsten Fall ergibt sich bei dieser Anordnung eine Startverzögerung von mehr als einer Sekunde.As suggested above, the counter can be started by an auxiliary clock in very slow steps (approx. 0.5 seconds) can be switched so that the runner is safe can align. As soon as direction of rotation, counter reading and If the voltage intersection match, the motor goes into self-control and accelerates with maximum torque except for the operating speed. In the worst case, this arrangement results in a start delay of more than a second.
Für bestimmte Anwendungen ist diese Startverzögerung nicht tragbar (z.B. bei der Kraftstoffpumpe für Einspritzermotoren)This start delay is not available for certain applications portable (e.g. for fuel pumps for injection engines)
ε.ε.
Ein unverzögerter Start kann erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß beim Stillsetzen des Motors der Läufer in eine definierte Stellung gebracht wird, aus der heraus ein erneuter Start unverzögert erfolgen kann.An instantaneous start can thereby be achieved according to the invention be that when the motor is stopped, the rotor is brought into a defined position from which a new one Start can be done without delay.
Jeder Startvorgang setzt eine bestimmte Stellung des Polrades voraus und beginnt, indem der Zähler in eine bestimmte Stellung gesetzt wird und über den entsprechenden Transistor eine Motorwicklung an die Versorgungsspannung gelegt wird (beispielsweise T1, der weitere Verlauf bezieht sich auf dieses Beispiel). Wenn innerhalb einer bestimmten Zeit U- > U wird, wird T gesperrt und T leitend. Der Motor läuft also in der Regel vom ersten Schritt an in Selbststeuerung. Wenn eine bestimmte Zeit überschritten wird, ehe Ui > U wird (Stillstand wegen unpassender Anfangsstellung des Polrades), oder wenn unmittelbar nach dem Schnittpunkt U^ !> U_ bereits U ">■ U, ist (Rückwärtslauf wegen unpassender Anfangs stellung des Polrades), wird der Anlauf unterbrochen und ein Positionierungsvorgang eingeleitet. Bei der Positionierung werden die Transistoren T und T, nacheinander für ca. 0,5 see. leitend gesteuert", dadurch richtet sich das Polrad so aus, daß anschließend mit Zählerstellung T der Start in Selbststeuerung erfolgen kann.Every starting process requires a certain position of the pole wheel and begins by setting the counter to a certain position and connecting a motor winding to the supply voltage via the corresponding transistor (for example T 1 , the further course relates to this example). If U-> U within a certain time, T is blocked and T is conductive. As a rule, the motor runs in self-control from the first step. If a certain time is exceeded before Ui> U (standstill due to unsuitable starting position of the pole wheel), or if U "> ■ U, is already immediately after the intersection point U ^!> U_ (backward movement due to unsuitable starting position of the pole wheel), the start-up is interrupted and a positioning process is initiated. During positioning, the transistors T and T are switched on one after the other for approx. 0.5 seconds can.
Zur Vorbereitung des Schnellstarts wird erfindungsgemäß nach jedem Stillsetzen des Motors (z.B. Stillsetzen der Kraftstoffpumpe, wenn der Verbrennungsmotor durch den Zündschlüssel abgeschaltet wird) in einem Nachlaufprogramm die Positionierung durchgeführt und danach die Anlage abgeschaltet. According to the invention, in preparation for the quick start after each shutdown of the engine (e.g. shutdown of the fuel pump if the combustion engine is activated by the ignition key is switched off) the positioning is carried out in a follow-up program and then the system is switched off.
Ein neuer Start erfolgt in der Regel ohne Startverzögerung.A new start usually takes place without a start delay.
Sollte die Nachpositionierung durch irgend einen Umstand gestört worden sein und der Schnellstart nicht funktionieren, wird automatisch ein zusätzlicher Positionierungsvorgang eingeleitet. If the repositioning has been disturbed by any circumstance and the quick start does not work, an additional positioning process is automatically initiated.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der Positionierungsvorgang vor dem eigentlichen Start über den Zündschlüssel von einem zusätzlichen Signal, z.B. Sitz- oder Türkontakt, eingeleitet.In a further embodiment of the invention, the positioning process before the actual start via the ignition key from an additional signal, e.g. seat or Door contact, initiated.
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Claims (1)
eines ersten Teiles, Torzugsweise 80 %, der Zuschaltungszeits der jeweiligen Ständerwicklung (W , W? , W_ , Wi ) getaktet wird.12. Circuit arrangement according to claim 10 or 11, characterized in that the synchronous motor (10) only during
of a first part, in part 80 %, the connection time of the respective stator winding (W, W ?, W_, Wi) is clocked.
des Synchronmotors (lO) einstellbar ist.13. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the connection time of the respective stator windings (W, W 2 , W_, Wi) as a function of the difference between the target speed / actual speed
of the synchronous motor (10) is adjustable.
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